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Kristallchemie und Strukturdatenbanken 1. Teilanorganische KristallchemieL. McCusker Pulverdiffraktometrie 2. Teilorganische KristallchemieB. Schweizer.

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Präsentation zum Thema: "Kristallchemie und Strukturdatenbanken 1. Teilanorganische KristallchemieL. McCusker Pulverdiffraktometrie 2. Teilorganische KristallchemieB. Schweizer."—  Präsentation transkript:

1 Kristallchemie und Strukturdatenbanken 1. Teilanorganische KristallchemieL. McCusker Pulverdiffraktometrie 2. Teilorganische KristallchemieB. Schweizer Strukturdatenbanken Lynne McCuskerBernd Schweizer HCI G509HCI G

2 Referenzen Kleber, Bautsch, BohmEinführung in die KristallographieKapital 2 Borchardt-OttKristallographieKapital 11 BlossCrystallography and Crystal ChemistryKapital 8 & 9 WestSolid State Chemistry and its ApplicationsKapital 7 WellsStructural Inorganic Chemistry Alan Hewat Anorganische Kristallchemie

3 Kristalltypen Molekülkristalle nicht Molekülkristalle Ionenkristalle anorganische Polymere Intermetallische Verbindungen Anorganische Kristallchemie

4 Kristalltypen IonenkristalleIonen vorwiegend anorganische hochstarkNaCl Molekülkristalle BaueinheitenMoleküle Verbindungenvorwiegend organische Symmetrietief Wechselwirkung zwischen Baueinheitenschwach BeispielBenzol Anorganische Kristallchemie

5 Kristalltypen BaueinheitenBindungen el. Leitfähigkeit Beispiele anorganische Polymereintermetallische Verbindungen keine Moleküle oder molekülähnliche Baueinheiten kovalentkovalent mit metallischen Orbitalen NichtleiterLeiter Diamant, SilikateMgCu 2, MoAl 12 Anorganische Kristallchemie

6 Zeitplan WocheIonenkristalle Perowskit kovalente anorganische Verbindungen Zeolithe DLS (Geometrie optimierung) intermetallische Verbindungen Wocheorganische Kristallchemie und B. Schweizer Strukturdatenbanken Anorganische Kristallchemie WochePulverdiffraktometrie 7. WocheQuasikristalleW. Steurer

7 Wie beschreibt man Kristalle? Kristallstrukturdaten FaujasitRaumgruppe Fd3ma = Å x y z x y z (Si,Al) O(1) O(2) O(3) O(4) Wie sieht die Struktur aus?

8 Faujasit

9 Faujasit

10 Faujasit

11 Faujasit

12 Faujasit

13 Faujasit

14 Modellarten NaClNetzmodell Packungsmodell Polyedermodell

15 Rutil (TiO 2 ) Netzmodell Polyedermodell Packungsmodell Modellarten

16 Ionenkristalle Eigenschaften vorwiegend elektrostatische Bindungskräfte Ionen umgeben von möglichst viele Ionen entgegengesetzter Ladung möglichst grosse Abstände zwischen Ionen gleichen Ladung

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19 Ionenkristalle Dichteste Kugelpackung Schichten Tetraeder- und Oktaederlücken T T TT OO OT T O Um jeden Kugel: 8 T 6 O Pro Kugel: 8x1/4=2 T 6x1/6=1 O

20 Ionenkristalle Tetraeder- und Oktaederlücken Stapelung ABhexagonal kubisch A BC Dichteste Kugelpackung Schichten

21 Ionenkristalle NaCl Cl - > Na + Cl - Ionen dichtest gepackt Cl - > Na + Cl - Ionen dichtest gepackt ABC Stapelung von Cl - Ionen Na + in Oktaederlücken Rutil(TiO 2 ) O 2- > Ti 4+ O 2- Ionen dichtest gepackt O 2- > Ti 4+ O 2- Ionen dichtest gepackt AB Stapelung von O 2- Ionen Ti 4+ besetzt 1/2 der Oktaederlücken Zinkblende(ZnS) kubisch dichteste Packung von S 2- Ionen kubisch dichteste Packung von S 2- Ionen Zn 2+ besetzt 1/2 der Tetraederlücken Wurzit(ZnS) hexagonal dichteste Packung von S 2- Ionen hexagonal dichteste Packung von S 2- Ionen Zn 2+ besetzt 1/2 der Tetraederlücken kubisch kubisch hexagonal hexagonal

22 Ionenkristalle Werden Tetraeder oder Oktaederlücken besetzt? Oktaederlücken > Tetraederlücken Kation/Anion Radienverhältnis (A/X) A/XKoordinations-Koordinations-Beispiel zahlpolyeder DreieckCO TetraederZnS OktaederNaCl HexaederCsCl > KubooktaederCaTiO 3

23 Ionenkristalle Werden Tetraeder oder Oktaederlücken besetzt? Kation/Anion Radienverhältnis Lokaler Ladungsausgleich O 2- Ti 4+ 4/6 4/6 4/6 Summe der Bindungsstärke = 3 (4/6) = 2 = Ladung des Anions Bindungsstärke Ladung der Kation Anzahl Bindungen =

24 Ionenkristalle Pauling'sche Regeln 1.Kation/Anion Radienverhältnis 2.lokaler Ladungsausgleich 3.Eckenverknüpfung > Kantenverknüpfung > Flächenverknüpfung 4.Kationen mit hoher Ladung und kleiner Koordinationszahl vermeiden Verknüpfung ihrer Polyeder miteinander

25 AX Strukturen NaCl kubisch dichteste Packung von Cl - Ionen Na + in alle Oktaederlücken ZnS (Zinkblende) kubisch dichteste Packung von S 2- Ionen Zn 2+ in 1/2 der Tetraederlücken ZnS (Wurzit) hexagonal dichteste Packung von S 2- Ionen Zn 2+ in 1/2 der Tetraederlücken CsCl Cl - Ionen kubisch Primitiv angeordnet Cs + in alle Würfel AX 2 Strukturen CaF 2 (Fluorit) kubisch dichteste Packung von Ca 2+ Ionen F - in alle Tetraederlücken F - Ionen kubisch Primitiv angeordnet Ca 2+ in 1/2 der Würfel Antifluorit Li 2 O (Antifluorit) nen kubisch dichteste Packung von O 2- Ionen Tetraederlücken Li + in alle Tetraederlücken TiO 2 (Rutil) hexagonal hexagonal dichteste Packung von O 2- Ionen Oktaederlücken Ti 4+ in 1/2 der Oktaederlücken CdI 2 hexagonal dichteste Packung von I - Ionen Cd 2+ in 1/2 der Oktaederlücken (schichtweise) AX 3 Strukturen AlF 3 kubisch dichteste Packung von F - Ionen mit Leerstellen Al 3+ in 1/3 der Oktaederlücken AX Strukturen CsCl AX 2 Strukturen CaF 2 (Fluorit) Antifluorit Li 2 O (Antifluorit) TiO 2 (Rutil) CdI 2 Einige Einfache Strukturtypen

26 ABX 3 Strukturen CaTiO 3 (Perowskit) kubisch dichteste Packung von O 2- und Ca 2+ Ionen Ti 4+ in 1/4 der Oktaederlücken FeTiO 3 (Ilmenit) hexagonal dichteste Packung von O 2- Ionen Fe 2+ in 1/3 der Oktaederlücken Ti 4+ in 1/3 der Oktaederlücken A 2 X 3 Strukturen -Al 2 O 3 (Korund) -Al 2 O 3 (Korund) hexagonal dichteste Packung von O 2- Ionen Al 3+ in 2/3 der Oktaederlücken AB 2 X 4 Strukturen MgAl 2 O 4 (Spinell) kubisch dichteste Packung von O 2- Ionen Mg 2+ in 1/8 der Tetraederlücken Al 3+ in 1/2 der Oktaederlücken Fe(MgFe)O 4 (inverser Spinell) kubisch dichteste Packung von O 2- Ionen Fe 3+ in 1/8 der Tetraederlücken Mg 2+ + Fe 3+ in 1/2 der Oktaederlücken Einige Einfache Strukturtypen

27 Radienverhältnis AX AX 2 CsCl-TypNaCl-Typ CaF 2 -Typ TiO 2 -Typ > >0.73 CsCl CsCl0.91 KF KF1.00 KCl KCl0.73 MgSe MgSe0.41 BaF 2 BaF ZrO 2 ZrO TeO 2 TeO MnO 2 MnO CsBr CsBr0.84 SrO SrO0.96 SrS SrS0.73 LiBr LiBr0.40 PbF 2 PbF HfO 2 HfO MnF 2 MnF GeO 2 GeO CsI CsI0.75 BaO BaO1.06 RbI RbI0.68 LiI LiI0.35 SrF 2 SrF PbO RbF RbF0.89 KBr KBr0.68 HgF 2 HgF FeF RbCl RbCl0.82 SrSe SrSe0.66 ThO 2 ThO CoF BaS BaS0.82 CaS CaS0.61 CaF 2 CaF ZnF CaO CaO0.80 KI KI0.60 UO 2 UO NiF CsF CsF1.25 ScTe ScTe0.60 CeO 2 CeO MgF RbBr RbBr0.76 MgO MgO0.59 PrO 2 PrO SnO BaSe BaSe0.75 LiF LiF0.59 CdF 2 CdF NbO

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